大学计算机基础：色彩模型与处理

色彩是人眼看到的光线呈现方式。光线可以反射、传导、折射或放射。根据科学常识，我们知道，人眼只能够看到电磁波光谱的一部分，也就是可见光谱。颜色模型旨在描述我们看到的和使用的颜色。每个颜色模型代表一种描述和分类色彩的方法，而所有的颜色模型都使用数值来代表可见的色彩光谱。

色域就是使用特定颜色模型（如RGB或CMYK）所产生的颜色范围。其他颜色模型则包括HSL、HSB、Lab和XYZ等。颜色模型决定了数值之间的关系，而色域则定义这些颜色数值所代表的绝对意义。

有些颜色模型具有固定的色域（如Lab和XYZ），因为它们与人类看见颜色的方式直接有关。这些模型可以用“与装置无关”来形容。其他颜色模型（RGB、HSL、HSB、CMYK等）则可以拥有许多不同的色域。因为这些模型会随着每个相关的色域或装置而有所不同，所以它们又可以用“与装置相关”来形容。

例如，RGB颜色模型有许多RGB色域：Color Match、Adobe RGB、SRGB和Pro Photo RGB（如图5-6）。尽管采用了相同的RGB值（R=220、B=230和G=5），但这个色彩在每个色域中看起来可能都不一样。

图5-6　色域

通过图5-7可以看到，对颜色进行调节时会经常用到HSB、RGB、CMYK和LAB这四种颜色模型。

图5-7　四种模型

（1）RGB模型

大部分的可见光谱都可透过以不同比例和强度混合的红色、绿色和蓝色光来表示，而在颜色重叠的部分，则会建立间色（青色、洋红色、黄色）和白色。

RGB模型也被称为加色模型，可以透过在不同组合中混合光谱的光源建立加色。将所存颜色加起来时会建立白色，也就是说，所有可见的波长都会传回眼睛。加色法颜色可用在照明、视频及屏幕上，以屏幕为例，它的颜色是透过红色、绿色和蓝色的荧光光线而形成的（见图5-8）。

图5-8　RGB加色模型

（2）HSB模型

HSB（Hue，Saturation and Brightness）色彩模式是根据日常生活中人眼的视觉特征而制定的一套色彩模式，比较接近于人类对色彩辨认的思考方式。HSB色彩模式以色相（H）、饱和（S）和亮度（B）描述颜色的基本特征，可以用一个圆柱体的模型来表示（见图5-9）。

图5-9　HSB模型

色相指从物体反射或透过物体传播的颜色。在0°·360°的标准色轮上，色相是按位置计量的。在通常的使用中，色相由颜色名称标识，如红（0°或360°）、黄（60°）、绿（120°）、青（180°）、蓝（240°）、洋红（300°）。

饱和度是指颜色的强度或纯度，用色相中灰色成分所占的比例来表示，0％为纯灰色，100％为完全饱和。在标准色轮上，沿着半径方向，从中心位置到边缘位置的饱和度递增。(www.xing528.com)

亮度是指颜色的相对明暗程度，沿着圆柱的高度方向，通常将0％定义为黑色，100％定义为白色。

HSB色彩模式比RGB、CMYK色彩模式更容易理解。但由于设备的限制，在计算机屏幕上显示时，要转换为RGB模式，作为打印输出时，要转换为CMYK模式。

（3）CMYK模型

CMYK模型是依据列印在纸张上的油墨吸光性为准，当白光打到半透明的油墨上时，一部分可见波长会被吸收（减去），其他的则会反射到人们眼睛，因此称为减色法颜色（见图5-10）。

图5-10　CMYK

理论上来说，纯青色（C）、洋红色（M）和黄色（Y）颜料会互相结合而吸收所存光线，然后产生黑色。由于所有的印刷油墨都会含有一些杂质，所以这三种油墨的结合实际上会产生棕色。因此，在四色印刷中，除了青色、洋红色和黄色油墨之外，还会使用黑色油墨（K）。用K而非B代表黑色（Black），是为了避免与蓝色（Blue）混淆。

（4）Lab模型

Lab模式是根据国际照明协会（Commission Internationale de L'Eclairage，CIE）在1931年所制定的一种测定颜色的国际标准建立的，于1976年被改进并命名的一种色彩模式。

Lab模式既不依赖光线，也不依赖于颜料，它是CIE组织确定的一个理论上包括了人眼可以看见的所有色彩（因此被称为与装置无关）的色彩模式。Lab模式弥补了RGB和CMYK两种色彩模式的不足。

Lab模式由三个通道组成，但不是R、G、B通道。它的一个通道是亮度，即L，另外两个是色彩通道，用a和b来表示。a通道包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉红色（高亮度值）；b通道则是从亮蓝色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黄色（高亮度值）。因此，这些色彩混合后将产生明亮的色彩（见图5-11）。

Lab模式所定义的色彩最多，与光线及设备无关，并且处理速度与RGB模式同样快，比CMYK模式快很多。在图像编辑中使用Lab模式再转换成CMYK模式时，色彩没有丢失或被替换。因此，最佳避免色彩损失的方法是：应用Lab模式编辑图像，再转换为CMYK模式打印输出。

当用户将RGB模式转换成CMYK模式时，一些高级的图像处理软件（如Photoshop）将自动将RGB模式转换为Lab模式，再转换为CMYK模式。通过图5-12可以看到，在表达色彩范围上，处于第一位的是Lab模式，第二位是RGB模式，第三位是CMYK模式。

图5-11　Lab模型

图5-12　3种颜色模型颜色范围对比